表面無立方相梯度功能硬質(zhì)合金的制備基礎(chǔ)研究.pdf

1、論文綜述了硬質(zhì)合金的發(fā)展歷史，應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景，然后詳細(xì)介紹了梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的制備方法；評述了梯度硬質(zhì)合金的最新研究和應(yīng)用成果；討論了本文的研究目的和意義，并制訂了研究方案和技術(shù)路線。 本文采用擴散控制的方法制備了WC-Ti(C,N)-(Ti,W)C-Co梯度結(jié)構(gòu)功能硬質(zhì)合金，研究利用Gewiui公司的型號為LEO1525的掃描電鏡、X射線能譜(EDS)金相、機械性能等試驗手段系統(tǒng)的研究了不同的燒結(jié)溫度和保溫時間對材料組織結(jié)

2、構(gòu)、性能的影響，并研究了材料中氮含量對WC-Ti(C,N)-(Ti,W)C-Co梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的顯微組織的影響；最后研究了一次梯度燒結(jié)的新工藝。利用掃描電鏡(SEM)、X射線能譜(EDS)金相、機械性能等試驗手段，擴散控制WC-Ti(C,N)-(Ti,W)C-Co梯度結(jié)構(gòu)功能硬質(zhì)合金的制備過程，及制備結(jié)構(gòu)材料的組織結(jié)構(gòu)、性能研究結(jié)論如下： 以WC-6Co為研究基礎(chǔ)，調(diào)查了硬質(zhì)合金制備的基本工藝流程。對硬質(zhì)合金的碳含量進行了細(xì)致

3、的研究，試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)整體碳含量為6.45％時，能保證了在材料內(nèi)部既沒有η相也沒有游離碳；研究了脫脂工藝，當(dāng)脫脂速率為0.5oC時，材料在后續(xù)的燒結(jié)過程中沒有形成裂紋和孔隙。 論文重點研究了梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金兩步燒結(jié)的制備工藝，首先進行預(yù)燒結(jié)，然后梯度燒結(jié)。以WC-Ti(C,N)-(Ti,W)C-Co為研究對象，在預(yù)燒結(jié)時，氮壓為5×104Pa就可以保證材料不脫氮，預(yù)燒結(jié)的主要目的是為了得到均勻無脫氮的致密體，研究也發(fā)現(xiàn)預(yù)燒結(jié)過程中

4、一旦脫氮，梯度燒結(jié)就不會形成梯度，因此，預(yù)燒結(jié)氮壓的控制是后續(xù)梯度燒結(jié)的重要前提。將預(yù)燒結(jié)體進行梯度燒結(jié)后，燒結(jié)溫度為1440oC時能獲得較好的SEM組織形貌，可以觀察到明顯的梯度組織。梯度層表面為無立方相的WC + γ向，在梯度層和芯部存在一個過渡層，在這個過渡層里，由于燒結(jié)過程中Ti(C,N)溶解在粘結(jié)相中時N和Ti強烈的熱力學(xué)耦合使得N元素向燒結(jié)體外擴散而Ti元素向燒結(jié)體內(nèi)擴散，那么在過渡層內(nèi)，Ti的碳化物或碳氮化物就較多。能譜分

5、析的結(jié)果也顯示了不同部位的元素濃度改變。 研究不同燒結(jié)溫度和保溫時間對WC-Ti(C,N)-(Ti,W)C-Co梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的顯微組織的影響，燒結(jié)溫度越高、保溫時間越長，越有利于梯度的形成，梯度層厚度也增加。燒結(jié)溫度越高，使得Ti和N的擴散通路越多，因此擴散程度較大，使得梯度層厚度增加；保溫時間的延長實際上延長了Ti和N的擴散時間，所以也能使梯度層厚度增加。但是燒結(jié)溫度過高或者保溫時間越長對顯微組織有不利影響，容易引起顆粒長

6、大，這對材料的性能是有影響的，試驗結(jié)果顯示燒結(jié)溫度在1490oC保溫4h后材料的抗彎強度和HRA與燒結(jié)溫度為1440oC保溫2h的材料相比就小很多；氮含量對梯度形成的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)看笥?％時，氮含量越低，梯度層厚度越大。根據(jù)梯度形成原理，梯度的形成主要靠N和Ti之間的熱力學(xué)耦合作用；但是粘結(jié)相Co對N的潤濕性較差，所以氮含量增加，對燒結(jié)體的致密度就有影響，這樣在燒結(jié)體中形成的一些不能通過粘結(jié)相的流動而填滿的孔隙，特別是在表面時

7、，當(dāng)粘結(jié)相流動到這些孔隙中時，就很容易揮發(fā)，更使得N在粘結(jié)相中的溶解量減小，從而致使N和Ti的擴散系數(shù)變小，最后梯度層厚度也減少。 探索了一次梯度燒結(jié)的工藝。一次梯度燒結(jié)工藝目前還沒有相關(guān)資料的報道，兩步梯度燒結(jié)時，梯度燒結(jié)是在脫氮氣氛下進行的，無法確定梯度形成的階段。為了確認(rèn)N和Ti發(fā)生熱力學(xué)耦合的階段即梯度形成階段，設(shè)計了多組對比實驗。比較了不同降溫速率對梯度形成的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，降溫速率與梯度形成的梯度層厚度之間存在負(fù)指數(shù)